(57)【要約】【課題】半導体発光素子の小型化は維持しつつも、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置を提供する。【解決手段】半導体発光装置１は、配線基板２に半導体発光素子３が搭載されており、この半導体発光素子３の周囲が樹脂パッケージ７によって封止された構成となっている。半導体発光素子３の基板４は、平面視矩形状であり、実装面４ａ側から天面４ｂ側へと面積が拡大するように形成されている。また、基板４の天面４ｂには、ｎ層（図示せず）、発光層（図示せず）、ｐ層（図示せず）が順に積層されている。半導体発光素子３の周囲を封止している樹脂パッケージ７は、透明樹脂や蛍光体を含有した封止樹脂により成形されており、封止樹脂には、シリカ系の光分散材８が含有されている。樹脂パッケージ７内の光分散材８は、基板４の側面４ｃで反射された光をさらに屈折反射させて半導体発光装置１の主光取り出し方向上方へと出射させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成された基板の前記天面に、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された半導体発光素子を備えた半導体発光装置において、
前記半導体発光素子は、光分散材を含有した封止樹脂で封止されたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記封止樹脂に対する前記光分散材の含有率は、１５質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記封止樹脂に対する前記光分散材の含有率は、１２質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記光分散材は、シリカ系光分散材であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成された基板を有する半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の小型化は、配線基板の搭載面積を縮小することができるとともに、材料費を削減することができるので製造にかかるコストも下げることができるという側面がある。そこで、半導体発光素子にはさらなる小型化が求められており、そのような半導体発光素子が非特許文献１に記載されている。この半導体発光素子を用いた従来の半導体発光装置を図４に示す。
【０００３】
図４に示すように、従来の半導体発光装置２１は、非特許文献１の半導体発光素子２３を基板に搭載するとともに、封止樹脂で形成された樹脂パッケージで封止されている。この非特許文献１の半導体発光素子２３は、実装面２４ａ側から天面２４ｂ側へと面積が拡大するように形成された基板２４の天面２４ｂに、ｎ層（図示せず）、発光層（図示せず）、ｐ層（図示せず）が順に積層された構成を備えており、ｐ層の上面には電極パッド２５が形成されている。また、基板２４の側面２４ｃは、基板２４が実装面２４ａ側から天面２４ｂ側へと面積が拡大するように形成されたことにより傾斜面となっている。この半導体発光素子２３は、配線パターンが形成された配線基板２２にダイボンディングされて搭載され、電極パッド２５と配線基板２２とをワイヤボンディングすることによって電気的に導通可能に接続され、そして、周囲を樹脂パッケージ２７で封止されている。
【０００４】
図４に示すように、半導体発光素子２３の発光層で発光した光は、半導体発光素子２３の上方へとそのまま出射されるだけでなく、基板２４側へと向かった光も、傾斜面となっている基板２４の側面２４ｃで反射されて半導体発光素子２３の斜め上方向（図４（ｂ）中矢印Ｐ）へと出射されるので、従来の半導体発光素子よりもさらに光度を向上させることができる。従って、半導体発光素子２３の外形を従来の半導体発光素子より小さく形成しても、従来の半導体発光素子と同じ程度の光度が確保できるので、半導体発光素子２３をさらに小型化することができる。
【非特許文献１】“UltraThinTM 8.0 mW LED Specifications”〔online〕，Cree,Inc.，〔平成１７年４月１日検索〕，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.cree.com/ftp/pub/CPR3CC.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１の半導体発光素子２３は、半導体発光素子２３の発光層で発光した光のうち、基板２４側へと向かった光も基板２４の側面２４ｃで反射させているので、半導体発光素子２３を小型化しつつも従来の半導体発光素子と同じ程度の光度を維持することができるが、基板２４の側面２４ｃは傾斜面となっていることにより、基板２４の側面２４ｃで反射された光は半導体発光素子２３の斜め上方向（図４（ｂ）中矢印Ｐ）へと出射されるので、半導体発光装置２１から出射される光の配光特性は広い範囲のものとなっている。
【０００６】
一方、携帯電話のテンキーや装置のインジケーターにおいては、視認性をよくするため、半導体発光素子の主発光面に対して垂直な半導体発光装置の主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置が望まれている。
【０００７】
そこで本発明は、半導体発光素子の小型化を維持しつつ、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体発光装置は、実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成された基板の前記天面に、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された半導体発光素子を備えた半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、光分散材を含有した封止樹脂で封止されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光装置によれば、半導体発光素子が、実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成された基板を有していても、半導体発光素子を封止する封止樹脂に光分散材が含有されていることより、基板の側面で反射された光はこの光分散材によりさらに反射されて半導体発光装置の主光取り出し方向へと出射されるので、半導体発光素子の小型化は維持しつつも、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願の第１の発明は、実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成された基板の天面に、ｎ層、発光層、ｐ層が順に積層された半導体発光素子を備えた半導体発光装置において、半導体発光素子は、光分散材を含有した封止樹脂で封止されたことを特徴とする。
【００１１】
半導体発光素子の基板が実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成されたことにより、基板の側面は傾斜面となっている。従って、半導体発光素子の発光層で発光した光のうち、基板側へと向かった光は基板の側面で反射して、半導体発光素子の斜め上方向へと出射され、半導体発光素子を封止している封止樹脂内を直進する。このとき、本発明の半導体発光装置の封止樹脂は光分散材を含有しているので、封止樹脂内へと直進した光はこの光分散材に当たり、光分散材で屈折反射して、半導体発光装置の主光取り出し方向へと出射する。半導体発光素子の発光層で発光した光のうち上方へ進む光は、封止樹脂に含有された光分散材によって分散してしまうが、これを補うように、基板の側面で反射した光が、光分散材で屈折反射して半導体発光装置の主光取り出し方向へと収束することで、全体として、半導体発光装置の主光取り出し方向の光度を高めることができる。従って、半導体発光素子が、実装面側から天面側へと面積が拡大するように形成された基板を有していても、封止樹脂が光分散材を含有していることにより、半導体発光素子の小型化を維持しつつ、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置とすることができる。なお、光分散材とは、光を様々な方向に屈折反射させることが可能な添加材のことである。
【００１２】
そこで、本願の第２の発明は、本願の第１の発明において、封止樹脂に対する光分散材の含有率は、１５質量％以下であることを特徴とする。
【００１３】
封止樹脂に対する光分散材の含有率をあげると、それに伴い、半導体発光装置の主光取り出し方向の光度も高くなるが、同時に、封止樹脂のガラス転移点が低下するという問題も発生してしまう。ガラス転移点が下がってしまうと、リフロー工程などを行う際に封止樹脂が溶融しやすくなり、半導体発光装置の熱に対する信頼性が落ちてしまう。
【００１４】
本発明は、封止樹脂に対する光分散材の含有率を１５質量％以下としたことにより、ガラス転移点を１００℃以上とすることができるので、半導体発光装置の熱に対する信頼性を維持したまま、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置とすることができる。
【００１５】
また、本願の第３の発明は、本願の第１の発明において、封止樹脂に対する光分散材の含有率は、１２質量％以下であることを特徴とする。
【００１６】
封止樹脂に対する光分散材の含有率を１２質量％以下としたことにより、ガラス転移点は１２０℃以上となるので、半導体発光装置の熱に対する信頼性をさらに高めつつ、主光取り出し方向の光度も高めた半導体発光装置とすることができる。
【００１７】
本願の第４の発明は、本願の第１から第３の発明において、光分散材は、シリカ系光分散材であることを特徴とする。
【００１８】
（実施の形態）
以下、図を用いて本発明の実施の形態における半導体発光装置について説明する。図１は本発明の実施の形態における半導体発光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施の形態における半導体発光装置１は、配線基板２に半導体発光素子３が搭載されており、この半導体発光素子３の周囲が樹脂パッケージ７によって封止された構成となっている。
【００２０】
配線基板２には、配線パターン２ａ，２ｂが形成されている。
【００２１】
半導体発光素子３の基板４は、平面視矩形状であり、実装面４ａ側から天面４ｂ側へと面積が拡大するように形成されている。このように、実装面４ａ側から天面４ｂ側へと面積が拡大するように形成されていることにより、基板４の側面４ｃは、実装面４ａと鈍角をなす傾斜面となっている。従って、基板４の断面は、天面４ｂ側の辺よりも搭載面４ａ側の辺が短い逆台形の形状を有している。また、基板４の天面４ｂには、ｎ層（図示せず）、発光層（図示せず）、ｐ層（図示せず）が順に積層されており、ｐ層の上面には、電極パッド５が形成されている。なお、基板４の形状は平面視矩形状に限らず、円形や楕円であってもよい。
【００２２】
半導体発光素子３の周囲を封止している樹脂パッケージ７は、光透過性を有する封止樹脂や、このような樹脂に蛍光体を含有した封止樹脂により成形されている。また、封止樹脂には、光を様々な方向に屈折反射させることが可能な添加材であるシリカ系の光分散材８が含有されている。
【００２３】
半導体発光素子３は、配線基板２の配線パターン２ａにダイボンディングされ、Ａｕで形成されたワイヤ６を電極パッド５から配線パターン２ｂにボンディングすることによって電気的に導通可能に接続された状態となる。配線基板２に搭載された半導体発光素子３は、光分散材８を含有した封止樹脂をトランスファーモールド成形法により一体的に形成された樹脂パッケージ７によって周囲が封止されている。
【００２４】
本実施の形態における半導体発光素子３は、断面が逆台形状の基板４を有することにより、半導体発光素子３の発光層で発光した光を半導体発光素子３の上方へとそのまま出射させるだけでなく、基板４側へと向かった光も、傾斜面となっている基板４の側面４ｃで反射させて半導体発光素子３の上方へと出射させることができる。従って、従来の半導体発光素子よりもさらに光度を向上させることができ、半導体発光素子３の外形を従来の半導体発光素子より小さく形成しても、従来の半導体発光素子と同じ程度の光度が確保できるので、本実施の形態における半導体発光素子３は従来の半導体発光素子よりも小型化されたものとなっている。
【００２５】
次に、本実施の形態における半導体発光素子３を発光させた場合の光の進路について図１に基づいて説明する。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、半導体発光素子３の発光層で発光した光のうち半導体発光素子３の上方へ進む光は、そのまま直進して半導体発光装置１から出射する。または、樹脂パッケージ７内を直進する途中で、封止樹脂に含有されている光分散材８に到達した光は、屈折反射して分散され、様々な方向へ出射する。
【００２７】
半導体発光素子３の発光層で発光した光のうち基板４側へ向かった光は、基板４の側面４ｃで反射して、半導体発光素子３の斜め上方へ出射され、そのまま樹脂パッケージ７内を直進して樹脂パッケージ７を形成する封止樹脂に含有されている光分散材８に当たり、光分散材８で屈折反射する。そして、半導体発光装置１の主光取り出し方向（図１（ｂ）中矢印Ｆ）へ出射する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態における半導体発光装置１では、半導体発光素子３の発光層で発光した光のうち半導体発光素子３の上方へ進む光は、封止樹脂に含有した光分散材８によって分散してしまうが、これを補うように、基板４の側面４ｃで反射した光が、光分散材８で屈折反射して、半導体発光装置１の主光取り出し方向へと収束することで、全体として、半導体発光装置１の主光取り出し方向の光度を高めることができる。従って、半導体発光素子３の小型化を維持しつつ、主光取り出し方向に対する指向性の高い半導体発光装置１とすることができる。
【実施例】
【００２９】
本実施の形態における半導体発光装置の封止樹脂に含有された光分散材の含有率と封止樹脂のガラス転移点との関係、および、光分散材の含有率と半導体発光装置の主光取り出し方向の光度との関係について説明する。
【００３０】
樹脂に光分散材を含有して封止樹脂とすると、光分散材の含有率が高くなるにつれて、半導体発光装置の主光取り出し方向の光度も高くなるが、同時に、封止樹脂のガラス転移点は下がってしまう。ガラス転移点が下がりすぎると、リフロー工程などで半導体発光装置が加熱されると樹脂パッケージも同時に溶け出してしまい、半導体発光装置の熱に対する信頼性が落ちてしまう。そこで、半導体発光装置には、ガラス転移点が１００℃以上であることが望まれる。
【００３１】
そこで、光分散材の含有率と封止樹脂のガラス転位点の降下との関係、および、光分散材の含有率と半導体発光装置の主光取り出し方向の光度との関係について実験を重ねた結果、封止樹脂に対する光分散材の含有率は、１５質量％以下とすることが望ましく、より望ましくは１２質量％以下とするとよい。
【００３２】
封止樹脂に対する光分散材の含有率を１５質量％以下としたことにより、ガラス転移点は１００℃以上となるので、半導体発光装置の熱に対する信頼性は維持したまま、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置とすることができる。また、封止樹脂に対する光分散材の含有率を１２質量％以下とすると、ガラス転移点は１２０℃以上となるので、半導体発光装置の熱に対する信頼性をさらに高めることができる。
【００３３】
次に、光分散材の含有率と半導体発光装置の主光取り出し方向の光度との関係について図２および図３に基づいて説明する。図２は、封止樹脂に含有された光分散材の含有率と半導体発光装置の配向特性との関係を示す図であり、（ａ）は含有率０質量％、（ｂ）は含有率２．５質量％、（ｃ）は含有率５質量％、（ｄ）は含有率７質量％である。図３は、封止樹脂に含有された光分散材の含有率と半導体発光装置の主光取り出し方向（軸上方向）の光度との関係を示す図である。
【００３４】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、封止樹脂に光分散材を含有しない場合（含有率０％）と比べて、含有率が２．５％、５％、７％と高くなるにつれて、半導体発光装置の主光取り出し方向、つまり角度−５０度から５０度付近の相対発光強度が上がっていることがわかる。これは、上述したように、光分散材の含有率が上昇すると、半導体発光素子の発光層で発光した光のうち半導体発光素子の上方へ進む光は分散されてしまうが、それ以上に、樹脂パッケージ内を半導体発光素子の斜め上方に向かって進んでいた光が、光分散材によって途中で屈折反射されることによって進路が変更され、半導体発光装置の主光取り出し方向からより多く集中して出射されることを示している。これにより、全体として、半導体発光装置の主光取り出し方向の光度が上がるが、それを明確に示したのが図３であり、光分散材の含有率が高くなると、半導体発光装置の主光取り出し方向（軸上）の光度も徐々に高くなっており、光分散材の含有率を７％とした場合の主光取り出し方向の光度は、光分散材を含有しない（含有率０％）場合と比較して２３％も上昇していたことがわかった。
【００３５】
以上の各実験結果より、半導体発光装置の配向特性とガラス転移点を考慮すると、封止樹脂に対する光分散材の含有率は、２．５以上７質量％以下とすることが最も望ましい。封止樹脂に対する光分散材の含有率を、２．５以上７質量％以下とすることによって、半導体発光装置の熱に対する信頼性を高く維持しつつも、主光取り出し方向の光度を最も高めた半導体発光装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、小型化を維持しつつも、主光取り出し方向の光度を高めた半導体発光装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態における半導体発光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図
【図２】封止樹脂に含有された光分散材の含有率と半導体発光装置の配向特性との関係を示す図であり、（ａ）は含有率０質量％の図、（ｂ）は含有率２．５質量％の図、（ｃ）は含有率５質量％の図、（ｄ）は含有率７質量％の図
【図３】封止樹脂に含有された光分散材の含有率と半導体発光装置の主光取り出し方向の光度との関係を示す図
【図４】従来の半導体発光装置の側面図
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体発光装置
２  配線基板
２ａ，２ｂ  配線パターン
３  半導体発光素子
４  基板
４ａ  実装面
４ｂ  天面
４ｃ  側面
５  電極パッド
６  ワイヤ
７  樹脂パッケージ
８  光分散材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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